(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
直線移動する検出対象のストロークを検出するストローク量検出装置であって、
感磁面を有し、検出対象の直線移動に伴って直進軸上を相対移動する磁気検出手段と、
前記直進軸に対して一方の側にストローク方向に互いに離間して且つ対向して配置され、対向する磁極同士が異なる極性となるように着磁された第１磁界発生手段および第２磁界発生手段と、
を備え、
前記第１磁界発生手段および第２磁界発生手段は、前記直進軸から遠い側の端部である空隙端同士の距離が前記直進軸に近い側の端部である開放端同士の距離よりも短くなるように配置され、
前記第１磁界発生手段および第２磁界発生手段の前記空隙端の端面は、互いに対向し、かつ、異なる極性に着磁されており、
前記磁気検出手段は、前記第１磁界発生手段および第２磁界発生手段の前記開放端同士の間に発生する磁束によって前記検出対象のストローク量を検出することを特徴とするストローク量検出装置。
【請求項２】
直線移動する検出対象のストロークを検出するストローク量検出装置であって、
感磁面を有し、検出対象の直線移動に伴って直進軸上を相対移動する磁気検出手段と、
前記直進軸に対して一方の側にストローク方向に互いに離間して且つ対向して配置され、対向する磁極同士が異なる極性となるように着磁された第１磁界発生手段および第２磁界発生手段と、
磁性材料で形成され、一方の端部である接続端が前記第１磁界発生手段の前記直進軸から遠い側の端部と接続される第１磁束伝達手段と、
磁性材料で形成され、一方の端部である接続端が前記第２磁界発生手段の前記直進軸から遠い側の端部と接続される第２磁束伝達手段と、
を備え、
前記第１磁界発生手段および第２磁界発生手段、並びに第１磁束伝達手段および第２磁束伝達手段は、前記第１磁束伝達手段および第２磁束伝達手段の前記接続端と反対側の端部である空隙端同士の距離が前記第１磁界発生手段および第２磁界発生手段の前記直進軸に近い側の端部である開放端同士の距離よりも短く、且つ、前記第１磁束伝達手段および第２磁束伝達手段の前記空隙端同士の距離が前記第１磁界発生手段および第２磁界発生手段の前記直進軸から遠い側の端部同士の距離よりも短くなるように配置され、
前記第１磁束伝達手段および第２磁束伝達手段の前記空隙端の端面は、互いに対向し、かつ、擬似的に異なる磁極と見なされ、
前記磁気検出手段は、前記第１磁界発生手段および第２磁界発生手段の前記開放端同士の間に発生する磁束によって前記検出対象のストローク量を検出することを特徴とするストローク量検出装置。
【請求項３】
前記磁気検出手段は、磁気抵抗素子であることを特徴とする請求項１または２に記載のストローク量検出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、検出対象のストローク量を検出するストローク量検出装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、磁界発生手段としての磁石、及び、検出対象の直線移動に伴って磁石に対して相対移動して磁界の変化を検出する磁気検出素子を備え、磁気検出素子の出力信号に基づき検出対象のストローク量を検出するストローク量検出装置が知られている。
例えば図６に示すように、特許文献１の装置６０は、４つの磁石６２ａ、６２ｂ、６３ａ、６３ｂをストローク範囲の一方と他方に、それぞれ互いに対向させて配置している。対向する磁石の極性は同方向であり、ストローク範囲の一方と他方で隣り合う磁石の極性は逆方向である。そのため、ストローク範囲の一方と他方とで磁束の方向（図中矢印）が逆転する。また、対向する磁石間に磁気検出素子６１ｘを配置している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００８−４５９１９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１の装置に鉄粉等の磁性異物が混入すると、図６に示すように、対向する磁石間に鉄粉Ｆｅが付着すると考えられる。鉄粉Ｆｅが付着する過程では、まず、対向する磁石の表面に鉄粉Ｆｅが徐々に堆積する。このとき、鉄粉Ｆｅによって磁石間のギャップが狭くなるため、磁束が強くなる可能性がある。さらに鉄粉Ｆｅが堆積し、図中破線で示すように対向する磁石間を橋渡しすると、磁束は消失する。このように、特許文献１の装置は、鉄粉等の磁性異物の付着によって特性が変化し、検出精度が低下するおそれがある。
【０００５】
本発明は、このような点に鑑みて創作されたものであり、その目的は、鉄粉等の磁性異物の付着による検出精度への影響を低減するストローク量検出装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
請求項１〜３に記載の発明は、２つの磁界発生手段を備え、直線移動する検出対象のストローク量を検出するストローク量検出装置である。
請求項１に記載の発明は、磁気検出手段、第１磁界発生手段および第２磁界発生手段を備える。磁気検出手段は、感磁面を有し、検出対象の直線移動に伴って直進軸上を相対移動する。第１磁界発生手段および第２磁界発生手段は、直進軸に対して一方の側にストローク方向に互いに離間して且つ対向して配置され、対向する磁極同士が異なる極性となるように着磁されている。
第１磁界発生手段および第２磁界発生手段は、直進軸から遠い側の端部である空隙端同士の距離が直進軸に近い側の端部である開放端同士の距離よりも短くなるように配置される。
第１磁界発生手段および第２磁界発生手段の空隙端の端面は、互いに対向し、かつ、異なる極性に着磁されている。
磁気検出手段は、第１磁界発生手段および第２磁界発生手段の開放端同士の間に発生する磁束によって検出対象のストローク量を検出する。
【０００７】
これにより、相対的に距離が短い空隙端同士の間には、小エアギャップが形成される。小エアギャップでは、Ｎ極とＳ極とが短い距離で対向するため、比較的強い磁束が発生する。ここで、ストローク量検出装置に磁性異物が混入した状況を想定すると、装置に混入した磁性異物は、小エアギャップの強い磁束に吸引されて空隙端に優先的に付着し、開放端への付着が防止される。したがって、開放端側の磁束ベクトルへの影響が低減され、ストローク量検出装置の検出精度が維持される。
【０００８】
請求項２に記載の発明は、磁気検出手段、第１磁界発生手段、第２磁界発生手段、第１磁束伝達手段および第２磁束伝達手段を備える。磁気検出手段は、感磁面を有し、検出対象の直線移動に伴って直進軸上を相対移動する。第１磁界発生手段および第２磁界発生手段は、直進軸に対して一方の側にストローク方向に互いに離間して且つ対向して配置され、対向する磁極同士が異なる極性となるように着磁されている。
第１磁束伝達手段は、磁性材料で形成され、一方の端部である接続端が第１磁界発生手段の直進軸から遠い側の端部と接続される。第２磁束伝達手段は、磁性材料で形成され、一方の端部である接続端が第２磁界発生手段の直進軸から遠い側の端部と接続される。
【０００９】
第１磁界発生手段および第２磁界発生手段、並びに第１磁束伝達手段および第２磁束伝達手段は、第１磁束伝達手段および第２磁束伝達手段の接続端と反対側の端部である空隙端同士の距離が第１磁界発生手段および第２磁界発生手段の直進軸に近い側の端部である開放端同士の距離よりも短く、且つ、前記第１磁束伝達手段および第２磁束伝達手段の前記空隙端同士の距離が前記第１磁界発生手段および第２磁界発生手段の前記直進軸から遠い側の端部同士の距離よりも短くなるように配置される。
第１磁束伝達手段および第２磁束伝達手段の空隙端の端面は、互いに対向し、かつ、擬似的に異なる磁極と見なされる。
磁気検出手段は、第１磁界発生手段および第２磁界発生手段の開放端同士の間に発生する磁束によって検出対象のストローク量を検出する。
【００１０】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明に対し、磁界発生手段に接続した磁束伝達手段の空隙端同士の間に小エアギャップが形成され、請求項１に記載の発明と同様の効果を奏する。
磁界発生手段と磁束伝達手段とを組み合わせることで、磁界発生手段を単純形状とすることができ、また、小エアギャップの距離の調整が容易となる。
【００１１】
請求項３に記載の発明では、磁気検出手段は、磁気抵抗素子である。
第１磁界発生手段の開放端から第２磁界発生手段の開放端に向かう磁束ベクトルの方向は、ストローク範囲の一方から他方へ連続的に変化する。磁気抵抗素子は、直進軸上を相対移動して感磁面によって、この磁束ベクトルの方向を検出する。
【００１２】
例えば、磁気検出手段として、磁束ベクトルの磁束密度を検出するホール素子を用いる場合には、磁界発生手段または磁束伝達手段の空隙端に付着した磁性異物によって、開放端側に発生する磁束ベクトルの磁束密度も多少の影響を受ける可能性がある。そこで、検出精度を維持するために、補正手段等によって検出出力の補正を行う必要が生ずる。
それに対し、磁気検出手段として磁気抵抗素子を用いる場合、空隙端への磁性異物の付着によって、開放端側の磁束ベクトル方向は変化しないため、磁気抵抗素子の出力に影響を及ぼすことなく、ストローク量検出装置の検出精度が維持される。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】（ａ）：本発明の第１実施形態によるストローク量検出装置の鉄粉付着状態の模式図、（ｂ）：本発明の第２実施形態によるストローク量検出装置の鉄粉付着状態の模式図、（ｃ）：本発明の第３実施形態によるストローク量検出装置の鉄粉付着状態の模式図。
【図２】本発明の第１実施形態によるストローク量検出装置が適用されるシステムの全体構成を示すブロック図。
【図３】本発明の第１実施形態によるストローク量検出装置の（ａ）出力特性図、（ｂ）鉄粉付着による出力変動の特性図。
【図４】比較例によるストローク量検出装置の模式図。
【図５】本発明の第４実施形態によるストローク量検出装置の鉄粉付着状態の模式図。
【図６】従来技術によるストローク量検出装置の鉄粉付着状態の模式図。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本発明の実施形態によるストローク量検出装置を図面に基づいて説明する。
（第１実施形態）
本発明のストローク量検出装置は、例えば、自動車のトランスミッション、アクセル、ブレーキ等のストローク部に適用されて検出対象のストローク量を検出する装置である。
ストローク量検出装置１は、図２に示すように、「第１磁界発生手段」としての第１磁石２１、「第２磁界発生手段」としての第２磁石２２、及び「磁気検出手段」としての磁気抵抗素子５を備えている。
【００１５】
磁気抵抗素子５は、図示しない基板に搭載され、リニアアクチュエータ３のストローク部３ａの直線移動（図中左右方向矢印）に伴って磁石２１、２２に対して相対移動し、ストローク量を検出する。検出されたストローク量は、ＥＣＵ（エンジン制御ユニット）１０に出力される。ＥＣＵ１０は、ストローク量検出装置１から出力されたストローク量に基づいて、リニアアクチュエータ３をフィードバック制御する。
【００１６】
次に、図１（ａ）を参照して、ストローク量検出装置１の構成を説明する。ここで、磁気抵抗素子５が相対移動する軌跡を「直進軸ｘ」と表す。また、直進軸ｘに直交し、ストローク量の基準値（ゼロ）を定義する直線を「基準軸ｙ」と表す。磁気抵抗素子５が基準軸ｙに対して右側に移動したときのストローク量を正の値で表し、磁気抵抗素子５が基準軸ｙに対して左側に移動したときのストローク量を負の値で表す。
ストローク量検出装置１は、第１磁石２１、第２磁石２２および磁気抵抗素子５を備えている。
【００１７】
第１磁石２１および第２磁石２２は、図１（ａ）の視方向による断面形状が長方形である。第１磁石２１および第２磁石２２は、直進軸ｘに対して一方の側（図１（ａ）の下側）に、基準軸ｙに対して対称に、且つ基準軸ｙに対して傾斜して配置される。
第１磁石２１は、開放端２１ａ側がＮ極に着磁され、空隙端２１ｂ側がＳ極に着磁されている。第２磁石２２は、開放端２２ａ側がＳ極に着磁され、空隙端２２ｂ側がＮ極に着磁されている。すなわち、対向する磁極同士が異なる磁性となるように着磁されている。
【００１８】
開放端２１ａ、２２ａは直進軸ｘに近い側に配置され、空隙端２１ｂ、２２ｂは直進軸ｘから遠い側に配置される。また、開放端２１ａと開放端２２ａとの距離は相対的に長く、空隙端２１ｂと空隙端２２ｂとの距離は相対的に短い。空隙端２１ｂと空隙端２２ｂとの間には、小エアギャップ４が形成される。小エアギャップ４では、Ｎ極とＳ極とが短い距離で対向するため、比較的強い磁束が発生する。
【００１９】
第１磁石２１の開放端２１ａから第２磁石２２の開放端２２ａに向かって、図中矢印で示すように磁束ベクトルが発生する。この磁束ベクトルの方向は、ストローク範囲の一方から他方へ連続的に変化する。磁気抵抗素子５は、直進軸ｘ上を相対移動して感磁面５ａによって磁束ベクトルの方向を検出し、図３（ａ）に示すような信号を出力する。ストローク量検出装置１は、磁気抵抗素子５の出力信号に基づいて、検出対象であるストローク部３ａのストローク量を検出する。
【００２０】
ここで、ストローク量検出装置１に鉄粉Ｆｅが混入した状況を想定すると、装置に混入した鉄粉Ｆｅは、小エアギャップ４の強い磁束に吸引されて空隙端２１ｂ、２２ｂに優先的に付着し、開放端２１ａ、２２ａへの付着が防止される。また、空隙端２１ｂ、２２ｂへの鉄粉Ｆｅの付着によって、開放端２１ａと開放端２２ａとの間の磁束ベクトル方向は変化しない。よって、磁気抵抗素子５の出力に影響を及ぼすことなく、ストローク量検出装置１の検出精度が維持される。
【００２１】
図３（ｂ）は、第１実施形態と比較例とで、鉄粉付着による出力変動を比較した特性図である。比較例は、図４に示すように、第１磁石２１と第２磁石２２とを基準軸ｙに対して平行に配置したものであり、開放端２１ａと開放端２２ａとの距離と、空隙端２１ｂと空隙端２２ｂとの距離とは同等である。したがって、小エアギャップ４が形成されない。すると、開放端２１ａ、２２ａに鉄粉Ｆｅが付着し、磁束ベクトル（図中矢印）方向が変化する可能性がある。
図３（ｂ）にて、特性線Ｓ０は、比較例の鉄粉量に対する出力変動を示し、特性線Ｓ１は、第１実施形態の鉄粉量に対する出力変動を示す。図３（ｂ）から明らかなように、小エアギャップ４を有する第１実施形態は、出力変動の抑制に顕著な効果を発揮する。
【００２２】
続いて、本発明の第２〜第４実施形態について図面に基づいて説明する。なお、第１実施形態と実質的に同一の部位には同一の符号を付し、説明を省略する。
（第２実施形態）
図１（ｂ）に示すように、第２実施形態では、第１磁石２３および第２磁石２４は、図１（ｂ）の視方向による断面形状が中心角略９０°の円弧状であり、基準軸ｙに対して対称に配置される。第１磁石２３は、開放端２３ａ側がＮ極に着磁され、空隙端２３ｂ側がＳ極に着磁されている。第２磁石２４は、開放端２４ａ側がＳ極に着磁され、空隙端２４ｂ側がＮ極に着磁されている。
【００２３】
開放端２３ａと開放端２４ａとの距離は相対的に長く、空隙端２３ｂと空隙端２４ｂとの距離は相対的に短い。また、開放端２３ａ、２４ａは直進軸ｘに近い側に配置され、空隙端２３ｂ、２４ｂは直進軸ｘから遠い側に配置される。空隙端２３ｂと空隙端２４ｂとの間には、小エアギャップ４が形成される。小エアギャップ４では、Ｎ極とＳ極とが短い距離で対向するため、比較的強い磁束が発生する。
【００２４】
装置に混入した鉄粉Ｆｅは、小エアギャップ４の強い磁束に吸引されて空隙端２３ｂ、２４ｂに優先的に付着し、開放端２３ａ、２４ａへの付着が防止される。また、空隙端２３ｂ、２４ｂへの鉄粉Ｆｅの付着によって、開放端２３ａと開放端２４ａとの間の磁束ベクトル（図中矢印）方向は変化しない。よって、磁気抵抗素子５の出力に影響を及ぼすことなく、ストローク量検出装置１の検出精度が維持される。
【００２５】
（第３実施形態）
図１（ｃ）に示すように、第３実施形態では、第１磁石２５および第２磁石２６は、図１（ｃ）の視方向による断面形状がＬ字状であり、基準軸ｙに対して対称に配置される。
第１磁石２５は、開放端２５ａ側がＮ極に着磁され、空隙端２５ｂ側がＳ極に着磁されている。第２磁石２６は、開放端２６ａ側がＳ極に着磁され、空隙端２６ｂ側がＮ極に着磁されている。すなわち、対向する磁極同士が異なる磁性となるように着磁されている。
【００２６】
開放端２５ａ、２６ａは直進軸ｘに近い側に配置され、空隙端２５ｂ、２６ｂは直進軸ｘから遠い側に配置される。また、開放端２５ａと開放端２６ａとの距離は相対的に長く、空隙端２５ｂと空隙端２６ｂとの距離は相対的に短い。空隙端２５ｂと空隙端２６ｂとの間には、小エアギャップ４が形成される。小エアギャップ４では、Ｎ極とＳ極とが短い距離で対向するため、比較的強い磁束が発生する。
【００２７】
装置に混入した鉄粉Ｆｅは、小エアギャップ４の強い磁束に吸引されて空隙端２５ｂ、２６ｂに優先的に付着し、開放端２５ａ、２６ａへの付着が防止される。また、空隙端２５ｂ、２６ｂへの鉄粉Ｆｅの付着によって、開放端２５ａと開放端２６ａとの間の磁束ベクトル（図中矢印）方向は変化しない。よって、磁気抵抗素子５の出力に影響を及ぼすことなく、ストローク量検出装置１の検出精度が維持される。
【００２８】
（第４実施形態）
図５に示すように、第４実施形態では、第１磁石２１の接続端２１ｄに第１ヨーク３１が接続され、第２磁石２２の接続端２２ｄに第２ヨーク３２が接続される。
第１磁石２１および第２磁石２２は、断面形状が長方形であり、基準軸ｙに対して対称に、且つ基準軸ｙと略平行に配置される。
第１磁石２１は、開放端２１ａ側がＮ極に着磁され、接続端２１ｄ側がＳ極に着磁されている。第２磁石２２は、開放端２２ａ側がＳ極に着磁され、接続端２２ｄ側がＮ極に着磁されている。すなわち、対向する磁極同士が異なる磁性となるように着磁されている。
【００２９】
第１ヨーク３１および第２ヨーク３２は、鋼材等の磁性材料で形成され、断面形状がＬ字状であり、基準軸ｙに対して対称に配置される。また、接続端３１ｄ、３２ｄが磁石２１、２２に接続されて、磁石２１、２２が発生する磁束を伝達する。したがって、第１ヨーク３１の空隙端３１ｃは擬似的にＳ極と見なされ、第２ヨーク３２の空隙端３２ｃは擬似的にＮ極と見なされる。
【００３０】
磁石２１、２２の開放端２１ａ、２２ａは直進軸ｘに近い側に配置され、ヨーク３１、３２の空隙端３１ｂ、３２ｂは直進軸ｘから遠い側に配置される。また、磁石２１、２２の開放端２１ａと開放端２２ａとの距離は相対的に長く、ヨーク３１、３２の空隙端３１ｃと空隙端３２ｃとの距離は相対的に短い。空隙端３１ｃと空隙端３２ｃとの間には、小エアギャップ４が形成される。小エアギャップ４では、比較的強い磁束が発生する。
【００３１】
装置に混入した鉄粉Ｆｅは、小エアギャップ４の強い磁束に吸引されてヨーク３１、３２の空隙端３１ｃ、３２ｃに優先的に付着し、磁石２１、２２の開放端２１ａ、２２ａへの付着が防止される。また、空隙端２５ｂ、２６ｂへの鉄粉Ｆｅの付着によって、磁石２１、２２の開放端２１ａと開放端２２ａとの間の磁束ベクトル（図中矢印）方向は変化しない。よって、磁気抵抗素子５の出力に影響を及ぼすことなく、ストローク量検出装置１の検出精度が維持される。
【００３２】
第４実施形態では、磁石２１、２２とヨーク３１、３２とを組み合わせることで、磁石２１、２２を単純形状とすることができ、かつ、小エアギャップ４の距離の調整が容易となる。
【００３３】
（その他の実施形態）
（ア）第１磁石および第２磁石、並びに第１ヨークおよび第２ヨークは、上記実施形態のように基準軸ｙに対して対称に配置される形態に限らず、基準軸ｙに対して非対称に配置されてもよい。また、上記実施形態の形状に限定されない。さらに、第１磁石および第２磁石、並びに第１ヨークおよび第２ヨークは磁気的性質が互いに同一でなくてもよい。
【００３４】
（イ）磁気検出手段として磁気抵抗素子に代えてホール素子を用いてもよい。ただし、ホール素子の場合、空隙端への鉄粉付着によって検出磁束密度が多少変化するため、補正手段を用いて検出磁束密度の補正をすることが好ましい。
（ウ）磁石の着磁方向は上記実施形態に限定されない。例えば、上記実施形態のＮ極とＳ極とを入れ換えてもよい。また、例えば第１実施形態の断面形状長方形の磁石において対角線方向に着磁されてもよい。
【００３５】
以上、本発明はこのような実施形態に限定されるものではなく、発明の趣旨を逸脱しない範囲において、種々の形態で実施することができる。
【符号の説明】
【００３６】
１            ・・・ストローク量検出装置、
３            ・・・リニアアクチュエータ、
３ａ          ・・・ストローク部、
４            ・・・小エアギャップ、
５            ・・・磁気抵抗素子（磁気検出手段）、
５ａ          ・・・感磁面、
２１、２３、２５・・・磁石、第１磁石（第１磁界発生手段）、
２２、２４、２６・・・磁石、第２磁石（第２磁界発生手段）、
２１ａ〜２６ａ  ・・・開放端、
２１ｂ〜２６ｂ  ・・・空隙端、
３１            ・・・ヨーク、第１ヨーク（第１磁束伝達手段）、
３２            ・・・ヨーク、第２ヨーク（第２磁束伝達手段）、
３１ｃ、３２ｃ  ・・・空隙端、
３１ｄ、３２ｄ  ・・・接続端。
【図１】
0005653262.tif 000002
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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